CN107102282B - 霍尔信号延时校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的霍尔信号延时校准方法，涉及一种信号在导线中传输延时的校准方法，尤其涉及一种用于火箭橇试验滑轨霍尔信号在导线中传输延时校准方法，属于计量测试领域。本发明采用高精度的授时接收机，即能够实现信号对长距离传输导线中的信号延时进行校准，从而获得滑车在运行中经过每一只霍尔开关传感器的准确时刻；通过获得一系列滑车通过霍尔开关传感器的准确时刻，能够准确地计算出滑车的运动参数曲线，消除不同位置霍尔开关信号由于传输延迟不同引入的误差，同时也能够准确地与其它被测量的参数实现时间同步，提高整个系统的测量精度。本发明解决的技术问题是实现火箭橇试验霍尔信号长距离传输时时间延时的校准。

Description

霍尔信号延时校准方法

技术领域

本发明涉及一种信号在导线中传输延时的校准方法，尤其涉及一种用于火箭橇试验滑轨霍尔信号在导线中传输延时校准方法，属于计量测试领域。

背景技术

火箭橇运动状态的测量采用非接触式的霍尔开关传感器测试，如图1所示，沿火箭橇副轨侧每10m左右固定安装一套双冗度霍尔开关传感器与转换电路，在滑车车体侧面安装一块永磁钢；滑车在运行中，永磁钢的磁场经过霍尔开关传感器，传感器产生电压信号；信号经过转换电路后，将脉冲信号通过固定铺设的电缆信号线传输，送至室内接收器处理，并完成对信号的采集、记录。

火箭橇滑轨距离控制室的距离为1km～10km，布置在几公里长的轨道上的各霍尔传感器信号采用电压传输，必定会带来时间延时。假设某一霍尔距离传输的总距离s为9km，仅考虑导线上的传播延时，控制室A处接收到的信号与霍尔安装处B发出的信号时间延时为：

其中：v—光的传波速度，3x10⁸m/s

为确定滑车在每一位置的准确时刻，必须对信号传输延时时间进行校准。

发明内容

本发明公开的霍尔信号延时校准方法，解决的技术问题是实现火箭橇试验霍尔信号长距离传输时时间延时的校准。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的霍尔信号延时校准方法，包括如下步骤：

步骤一：根据霍尔信号延时校准要求，在火箭橇试验现场布设霍尔开关传感器。

沿火箭橇副轨侧每隔一定的距离安装一套双冗度霍尔开关传感器与转换电路。在运动物体滑车车体侧面安装顺序排列的永磁钢；滑车在运行中，永磁钢的磁场经过霍尔开关传感器，传感器产生脉冲信号；信号经过转换电路后通过固定铺设的电缆信号线传输，送至室内接收器处理，并完成对信号的采集、记录。

所述安装顺序排列永磁钢的数量根据试验校准需求而定，优选数量为一只。

所述的固定间距优选1m～15m，最优选10m。

步骤二：信号发生器产生1Hz、1V_P-P～5V_P-P方波信号送给光电耦合放大器，直流电源给光电耦合放大器供电，将1V_P-P～5V_P-P方波信号经过放大后输出1Hz、5V_P-P～10V_P-P方波信号送给第一频率计的第一测量端口，第一天线置于测控室外利用馈线与第一授时接收机相连，直流稳压电源用于第一授时接收机供电，将第一授时接收机输出的1pps信号送到第一频率计的第二测量端口，第一频率计测量出两个端口两路方波信号的时间差Δt₁，Δt₁求解公式如公式(2)所示，

Δt₁＝t_J1-t_S1-ΔT₁(-0.5s＜Δt₁＜0.5s) (2)

式中：Δt₁—第一频率计第二测量端口与第一测量端口输入信号的时间差，s；

t_J1—第一频率计第二测量端口某时刻测量值，s；

t_S1—第一频率计第一测量端口某时刻测量值，s；

ΔT₁—第一频率计两个测量端口的测量不同步时间差，s。

步骤三：将第二天线置于外场滑轨旁，利用馈线与第二授时接收机相连，直流稳压电源用于给第二授时接收机供电，将第二授时接收机输出的1pps信号送到第二频率计的第一测量端口；并将光电耦合放大器放大的信号经过霍尔信号传输线送到位于外场轨道旁的第二频率计的第二测量端口。第二频率计测量出个两个端口输入的两路方波信号的时间差Δt₂。

Δt₂＝t_J2-t_S2-ΔT₂(-0.5s＜Δt₂＜0.5s) (3)

Δt₂—第二频率计第二测量端口与第一测量端口输入信号的时间差，s；

t_J2—第二频率计第二测量端口某时刻测量值，s；

t_S2—第二频率计第一测量端口某时刻测量值，s；

Δ_T2—第二频率计两个测量端口的测量不同步时间差，s。

步骤四：如果信号经过霍尔传输线送到外场时时间延时Δt，则在同一测量时刻存在如公式(4)所示关系：

t_S2＝t_S1+Δt (4)

将公式(2)和公式(3)两式相减，，

Δt₂-Δt₁＝(t_J2-t_J1)-(t_S2-t_S1)-ΔT₁-ΔT₂ (5)

并将公式(4)带入公式(5)整理得到；

Δt＝(t_J2-t_J1)-(Δt₂-Δt₁)-ΔT₁-ΔT₂ (6)

步骤五：为消除第一授时接收机、第二授时接收机输出的1pps脉冲的时间差(t_J2-t_J1)，在同一地点放置第一天线和第二天线，第一天线用馈线与第一授时接收机相连，直流稳压电源用于给第一授时接收机供电，将第一授时接收机输出的1pps信号送到第一频率计的第一个测量端口；将第二天线用馈线与第二授时接收机相连，直流稳压电源用于给第二授时接收机供电，将第二授时接收机输出的1pps信号送到第一频率计的第二个测量端口，第一频率计测量出两路1pps信号的时间差Δt₃。

Δt₃＝(t_J2-t_J1) (7)

步骤六：将公式(7)带入公式(6)并整理得到：

Δt＝Δt₃-Δt₂+Δt₁-ΔT₁-ΔT₂ (8)

步骤七：为确定公式(6)中测量不同步时间差ΔT₁的大小，用信号发生器产生1Hz、1V_P-P～10V_P-P方波信号同时送给第一频率计的两个测量端口，第一频率计能够测量出两个测量端口测量不同步时间差ΔT₁。

步骤八：为确定公式(6)中测量不同步时间差ΔT₂的大小，用信号发生器产生1Hz、1V_P-P～10V_P-P方波信号同时送给第二频率计的两个测量端口，第二频率计可测量出两个测量端口测量不同步时间差ΔT₁。

步骤九：将步骤二、三、五、七、八得到的测量结果带入公式(8)中，即得到霍尔信号传输线的时间延时Δt，所述的时间延时Δt用于霍尔信号延时校准。

步骤十：当对火箭橇试验时同时采集的其他被测量进行处理时，用公式(8)得到霍尔信号传输线的时间延时Δt进行时间上的修正，能够减小由于霍尔延时带来的测量误差，提高整个系统的测量精度。

有益效果：

本发明公开的霍尔信号延时校准方法，采用高精度的授时接收机，即能够实现信号对长距离传输导线中的信号延时进行校准，从而获得滑车在运行中经过每一只霍尔开关传感器的准确时刻。通过获得一系列滑车通过霍尔开关传感器的准确时刻，能够准确地计算出滑车的运动参数曲线(滑车每一时刻的位移、速度、加速度)，消除不同位置霍尔开关信号由于传输延迟不同引入的误差，同时也能够准确地与其它被测量的参数实现时间同步。

附图说明

图1为背景技术中火箭橇试验霍尔测速系统示意图；

图2延时校准装置；

其中：1-信号发生器，2-光电耦合放大器，3-直流稳压电源，4-第一频率计，5-第一授时接收机，6-第一天线，7-直流稳压电源，8-第二频率计，9-第二授时接收机，10-第二天线，11-直流稳压电源。

图3授时接收机1pps脉冲校准示意图；

其中:4-频率计，5-第一授时接收机，6-第一天线，7-直流稳压电源，9-第二授时接收机，10-第二天线，11-直流稳压电源。

图4是第一频率计4测量信号图；

图5是第二频率计8测量信号图。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1：

本实施例公开的霍尔信号延时校准方法，包括如下步骤：

步骤一:根据霍尔信号延时校准要求，完成采用非接触式的霍尔开关传感器测试火箭橇运动状态试验现场布设。沿火箭橇副轨侧间隔固定距离固定安装一套双冗度霍尔开关传感器与转换电路。在滑车车体侧面安装顺序排列的永磁钢；滑车在运行中，永磁钢的磁场经过霍尔开关传感器，传感器产生脉冲信号；信号经过转换电路后通过固定铺设的电缆信号线传输，送至室内接收器处理，并完成对信号的采集、记录。永磁钢的数量根据试验校准需求而定，优选数量为一只。所述的固定间距为10m。霍尔测试系统如图1所示。

步骤二:利用信号发生器1产生1Hz、1V_P-P～5V_P-P方波信号送给光电耦合放大器2，直流电源3给光电耦合放大器2供电，将1V_P-P～5V_P-P方波信号经过放大后输出1Hz、5V_P-P～10V_P-P方波信号送给第一频率计4的第一测量端口，第一天线6置于测控室外利用馈线与第一授时接收机5相连，直流稳压电源7用于第一授时接收机5供电，将第一授时接收机5输出的1pps信号送到第一频率计4的第二测量端口，如图2所示；第一频率计4测量出两个端口两路信号的时间差Δt₁，如同4所示，则Δt₁由下式求出：

Δt₁＝t_J1-t_S1-ΔT₁(-0.5＜Δt₁＜0.5) (2)

式中：Δt₁—第一频率计4第二测量端口与第一测量端口输入信号的时间差，s；

t_J1—第一频率计4第二测量端口某时刻测量值，s；

t_S1—第一频率计4第一测量端口某时刻测量值，s；

ΔT₁—第一频率计4两个测量端口的测量不同步时间差，s。

步骤三:将第二天线10置于外场滑轨旁，利用馈线与第二授时接收机9相连，直流稳压电源11用于给第二授时接收机9供电，将第二授时接收机9输出的1pps信号送到第二频率计8的第一测量端口；并将光电耦合放大器2放大的信号经过霍尔信号传输线送到位于外场轨道旁的第二频率计8的第二测量端口，如同2所示，第二频率计8测量出个两个端口输入的两路信号的时间差Δt₂，如图5所示。则Δt₁由下式求出：

Δt₂＝t_J2-t_S2-ΔT₂(-0.5s＜Δt₂＜0.5s) (3)

Δt₂—第二频率计8第二测量端口与第一测量端口输入信号的时间差，s；

t_J2—第二频率计8第二测量端口某时刻测量值，s；

t_S2—第二频率计8第一测量端口某时刻测量值，s；

Δ_T2—第二频率计8两个测量端口的测量不同步时间差，s。

步骤四:如果信号经过霍尔传输线送到外场时时间延时Δt，则在同一测量时刻存在如公式(4)所示关系：

t_S2＝t_S1+Δt (4)

将公式(2)和公式(3)两式相减，，

Δt₂-Δt₁＝(t_J2-t_J1)-(t_S2-t_S1)-ΔT₁-ΔT₂ (5)

并将公式(4)带入公式(5)整理得到；

Δt＝(t_J2-t_J1)-(Δt₂-Δt₁)-ΔT₁-ΔT₂ (6)

步骤五:为消除第一授时接收机5、第二授时接收机9输出的1pps脉冲的时间差(t_J2-t_J1)，在同一地点放置第一天线6和第二天线10，第一天线6用馈线与第一授时接收机5相连，直流稳压电源7用于给第一授时接收机5供电，将第一授时接收机5输出的1pps信号送到第一频率计4的第一个测量端口；将第二天线10用馈线与第二授时接收机9相连，直流稳压电源11用于给第二授时接收机9供电，将第二授时接收机9输出的1pps信号送到第一频率计4的第二个测量端口，如图3所示，第一频率计4测量出两路1pps信号的时间差Δt₃。

Δt₃＝(t_J2-t_J1) (7)

步骤六：将公式(7)带入公式(6)并整理得到：

Δt＝Δt₃-Δt₂+Δt₁-ΔT₁-ΔT₂ (8)

步骤七：为确定公式(6)中测量时间差ΔT₁的大小，用信号发生器1产生1Hz、1V_P-P～10V_P-P方波信号同时送给第一频率计4的两个测量端口，第一频率计4能够测量出两个测量端口的测量不同步时间差ΔT₁。

步骤八：为确定公式(6)中测量不同步时间差ΔT₂的大小，仍利用信号发生器1产生1Hz、1V_P-P～10V_P-P方波信号同时送给第二频率计8的两个测量端口，第二频率计8可测量出两个测量端口的测量不同步时间差ΔT₁。

步骤九：将上述方法中测量得到Δt₁、Δt₂、Δt₃、ΔT₁、ΔT₂带入公式(8)中，就可得到霍尔信号传输线的时间延时Δt。不同霍尔延时大小如表1所示。

表1霍尔延时表

霍尔编号	距离滑轨起始点距离/m	测得的延时/us
			1	0	30.02
42	420	25.50
			80	800	22.69
160	1600	14.49
			202	2020	9.98

步骤十：当对火箭橇试验同时采集的其他被测量进行处理时，将霍尔信号时间延时Δt带人并进行时间上的修正，即能减小由于霍尔延时带来的测量误差，提高整个系统的测量精度。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.霍尔信号延时校准方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：根据霍尔信号延时校准要求，在火箭橇试验现场布设霍尔开关传感器；

沿火箭橇副轨侧每隔一定的距离安装一套双冗度霍尔开关传感器与转换电路；在运动物体滑车车体侧面安装顺序排列的永磁钢；滑车在运行中，永磁钢的磁场经过霍尔开关传感器，传感器产生脉冲信号；信号经过转换电路后通过固定铺设的电缆信号线传输，送至室内接收器处理，并完成对信号的采集、记录；

所述安装顺序排列永磁钢的数量根据试验校准需求而定；

步骤二：信号发生器(1)产生1Hz、1V_P-P～5V_P-P方波信号送给光电耦合放大器(2)，直流电源(3)给光电耦合放大器(2)供电，将1V_P-P～5V_P-P方波信号经过放大后输出1Hz、5V_P-P～10V_P-P方波信号送给第一频率计(4)的第一测量端口，第一天线(6)置于测控室外利用馈线与第一授时接收机(5)相连，第一直流稳压电源(7)用于为第一授时接收机(5)供电，将第一授时接收机(5)输出的1pps信号送到第一频率计(4)的第二测量端口，第一频率计(4)测量出两个端口两路方波信号的时间差Δt₁，Δt₁求解公式如公式(1)所示，

Δt₁＝t_J1-t_S1-ΔT₁ (-0.5s＜Δt₁＜0.5s) (1)

式中：Δt₁—第一频率计(4)第二测量端口与第一测量端口输入信号的时间差，s；

t_J1—第一频率计(4)第二测量端口某时刻测量值，s；

t_S1—第一频率计(4)第一测量端口某时刻测量值，s；

ΔT₁—第一频率计(4)两个测量端口的测量不同步时间差，s；

步骤三：将第二天线(10)置于外场滑轨旁，利用馈线与第二授时接收机(9)相连，第二直流稳压电源(11)用于给第二授时接收机(9)供电，将第二授时接收机(9)输出的1pps信号送到第二频率计(8)的第二测量端口；并将光电耦合放大器(2)放大的信号经过霍尔信号传输线送到位于外场滑轨旁的第二频率计(8)的第一测量端口；第二频率计(8)测量出两个端口输入的两路方波信号的时间差Δt₂；

Δt₂＝t_J2-t_S2-ΔT₂ (-0.5s＜Δt₂＜0.5s) (2)

Δt₂—第二频率计(8)第二测量端口与第一测量端口输入信号的时间差， s；

t_J2-第二频率计(8)第二测量端口某时刻测量值，s；

t_S2-第二频率计(8)第一测量端口某时刻测量值，s；

Δ_T2-第二频率计(8)两个测量端口的测量不同步时间差，s；

步骤四：如果信号经过霍尔信号传输线送到外场时时间延时Δt，则在同一测量时刻存在如公式(3)所示关系：

t_S2＝t_S1+Δt (3)

将公式(1)和公式(2)两式相减，

Δt₂-Δt₁＝(t_J2-t_J1)-(t_S2-t_S1)+ΔT₁-ΔT₂ (4)

并将公式(3)带入公式(4)整理得到；

Δt＝(t_J2-t_J1)-(Δt₂-Δt₁)+ΔT₁-ΔT₂ (5)

步骤五：为消除第一授时接收机(5)、第二授时接收机(9)输出的1pps脉冲的时间差(t_J2-t_J1)，在同一地点放置第一天线(6)和第二天线(10)，第一天线(6)用馈线与第一授时接收机(5)相连，第一直流稳压电源(7)用于给第一授时接收机(5)供电，将第一授时接收机(5)输出的1pps信号送到第一频率计(4)的第一测量端口；将第二天线(10)用馈线与第二授时接收机(9)相连，第二直流稳压电源(11)用于给第二授时接收机(9)供电，将第二授时接收机(9)输出的1pps信号送到第一频率计(4)的第二测量端口，第一频率计(4)测量出两路1pps信号的时间差Δt₃；

Δt₃＝(t_J2-t_J1) (6)

步骤六：将公式(6)带入公式(5)并整理得到：

Δt＝Δt₃-Δt₂+Δt₁+ΔT₁-ΔT₂ (7)

步骤七：为确定公式(5)中测量不同步时间差ΔT₁的大小，用信号发生器(1)产生1Hz、1V_P-P～10V_P-P方波信号同时送给第一频率计(4)的两个测量端口，第一频率计(4)能够测量出两个测量端口测量不同步时间差ΔT₁；

步骤八：为确定公式(5)中测量不同步时间差ΔT₂的大小，用信号发生器(1)产生1Hz、1V_P-P～10V_P-P方波信号同时送给第二频率计(8)的两个测量端口，第二频率计(8)测量出两个测量端口测量不同步时间差ΔT₂；

步骤九：将步骤二、三、五、七、八得到的测量结果带入公式(7)中，即得到霍尔信号传输线送到外场时时间延时Δt，所述的时间延时Δt用于霍尔信号延时校准。

2.根据权利要求1所述的霍尔信号延时校准方法，其特征在于：还包括步骤十，

步骤十：当对火箭橇试验时同时采集的其他被测量进行处理时，用公式(7)得到霍尔信号传输线送到外场时时间延时Δt进行时间上的修正，能够减小由于霍尔延时带来的测量误差，提高整个系统的测量精度。

3.根据权利要求1或2所述的霍尔信号延时校准方法，其特征在于：步骤一所述的一定的距离选用1m～15m。

4.根据权利要求3所述的霍尔信号延时校准方法，其特征在于：步骤一所述的一定的距离选用10m。